基于原位旁壓試驗的地基非線性沉降計算

變剛度計算方法中國建筑地基建設規范（gb5007-2002）（以下簡稱“規范”）明確規定，建筑物的基本變形不應大于基本變形的邊界值。國內外大量資料已經證實:用壓縮模量很難解決地基變形計算問題。《規范》規定沉降計算應乘以經驗系數,這些系數變化幅度比較大,而且他們所依據的參數不穩定,修正結果也很難滿足設計要求。改進地基變形計算的癥結在于尋求能表示壓力和變形關系的新參數。楊光華在文獻中提出了地基非線性沉降計算的原狀土切線模量法,采用切線模量對地基進行分層總和法計算,經實踐證明該方法是一個具有較高精度的地基沉降計算方法。由原狀土切線模量法可知,計算地基沉降的切線模量是根據原狀地基的載荷試驗曲線,建立原狀土的切線模量與荷載水平關系的切線模量方程來確定的。眾所周知,在成層地基土中進行載荷試驗,其p-s曲線往往受到相鄰地層性狀的影響,另外載荷試驗還容易受到深度、廣度、費用等方面的限制。而旁壓試驗簡單易操作、測試時間短,且能獲得成層地基中深部各層土體的參數。故本文基于旁壓試驗結果,利用其推求平板載荷試驗曲線,并結合楊光華提出的原狀土切線模量法進行沉降計算。1基于原位旁壓試驗的地基非線性沉降計算方法對旁壓試驗p-v曲線與平板載荷試驗p-s曲線進行比較分析,可以看出兩者有著驚人的相似,都可以分成類彈性區、塑性發展區和塑性區3個變形階段。作者根據這個思路采用旁壓試驗測試結果準確推求出了載荷試驗p-s曲線,這在文獻中有著詳細的論述。根據原位旁壓試驗的結果,并結合原狀土切線模量法,提出了基于原位旁壓試驗的地基非線性沉降計算方法。其思路與步驟如下:1)根據現場的工程地質情況,在每層土層中都布置至少1個旁壓試驗測試點,對每層土中的旁壓試驗數據進行分析與整理,求出每層原狀地基土的旁壓試驗特征參數。2)根據每層土體的旁壓試驗特征參數,應用以下公式求出每層土體相對應的載荷試驗p-s曲線。S=ω(1?μ)?B?a2?lnVc+△VVc+△V0mS=ω(1-μ)?B?a2?lnVc+△VVc+△V0m式中μ為土的泊松比;Vc為旁壓器測試腔(中腔)體積;△V0m為近似直線段中點對應的體積增量;B為荷載板直徑或寬度;ω為沉降影響系數,對剛性方形壓板取0.88,剛性圓形壓板取0.79。3)由每層土體的p-s曲線,結合原狀土切線模量法,建立每層土體的切線模量與荷載水平關系的切線模量方程,對地基不同點根據其荷載水平由切線模量方程確定計算點原狀土的切線模量,用該切線模量代替分層總和法中的壓縮模量對地基沉降進行計算。2工程實例應用2.1特殊的樁頂調節裝置廈門嘉益大廈工程由2棟對稱布置的30層住宅組成。其下部通過2層地下室和3層裙房連成整體。建筑物總高度為94m,地下室埋深為10.5m。此工程大廈地下室寬為41.4m、長為81.4m。基礎埋深為d=9.4m。通過深、寬修正,同時考慮底板的應力擴散,縮小了板底的平均壓力。使天然地基承擔絕大部分的上部結構荷載,不足部分由主樓下引入少量的樁(共布置了65根直徑為900mm、有效長度為10m的人工挖孔樁)來承擔。在本工程中,與以往的沉降控制復合樁基不同,主要起控制建筑物總沉降以及承受大部分荷載的還是土,樁只是補充了基礎承載力的不足,確保了承載力的安全儲備。在樁頂設置了一種特殊的可調節樁的支撐剛度的樁頂調節裝置,既保證了各樁頂部與基礎底板可靠連接和可靠傳力,又保證使原先各樁支撐剛度由大小非常懸殊改變上下變化幅度不大于20%。本工程場地地層自上而下為:①人工填土;②新近沖積層;③海積層;④沖積粉質粘土;⑤坡積粘土。以上各地層均在地下室基坑開挖深度之內。⑥花崗巖殘積砂質粘土:埋藏深度為1.2～9.1m,將該土層按物理力學性質進一步劃分為A、B、C三個亞層,總的變化規律為土層隨深度增加而逐漸變好。⑦燕山期花崗巖:為擬建場地基巖。該工程主要受力土層基本物理力學指標如表1。基礎底面標高處的自重應力為104kPa,由土壓力觀測可知,建筑物封頂后主樓基底平均壓力為150kPa,因此基底附加應力p0=150-104=46kPa。2.2沉降計算過程采用《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2002)的公式計算地基沉降。附加應力p0=46kPa,取1棟主樓進行計算L/B=1,B=40m。其具體計算過程如表2。基礎中心的計算沉降:S=464.2118=193.744(mm)。驗算沉降計算深度,由于B=40m﹥30m,所以△z=1.5m。其計算過程如表3。△sn/∑i=1n△si=0.0893/4.2118=0.021＜0.025△sn/∑i=1n△si=0.0893/4.2118=0.021＜0.025。根據規范要求,滿足沉降計算深度。經計算沉降計算深度范圍內壓縮模量的當量值,Esˉˉˉˉ=6.2(MPa)Esˉ=6.2(ΜΡa),查規范可得沉降計算經驗系數ψ=0.78,則基礎中心的最終沉降為151.1(mm)。2.3文化性質參數確定應用本文提出的方法利用旁壓試驗實測數據計算每層地基土體的p-s曲線,然后采用本文提出的地基非線性沉降計算方法計算地基的沉降。對于A亞層:采用文中的方法計算相應壓力下的沉降值S值,推求出相應的載荷試驗p-s曲線,其計算結果如圖1。對于B亞層:采用同樣的方法,其計算結果如圖2。對于C亞層:其計算結果如圖3。根據原狀土切線模量法,由上述得到的p-s曲線來確定各土層的強度與變形參數:A亞層:c=40.2kPa,φ=24,曲線的初始切線模量為E0=19MPa;B亞層:c=56kPa,φ=26,曲線的初始切線模量為E0=30MPa。C亞層:c=67kPa,φ=26,曲線的初始切線模量為E0=81MPa。P按矩形荷載下布辛奈斯克彈性應力分布求得;pu值按上述方法求得的c、φ值用文獻(2-11)式考慮埋深時q=γh的影響而求得;取Rf=1.0計算。分層厚度按0.5m考慮,荷載增量分級取△p=15kPa,計算深度至基礎底以下35m,35m以下為場地基巖,巖層的沉降忽略不計。計算結果如圖4。基礎基底附加應力為46kPa,查圖4可知,P=46kPa時,S值為38.76mm。因此,采用本文提出的地基非線性沉降計算方法計算得到本工程的地基沉降為38.76mm。3沉降成果的獲得由建筑物沉降觀測結果可知,建筑物封頂時平均沉降為27mm,竣工1.5年后的平均沉降為37mm(目前建筑物沉降已經收斂)。由以上計算結果可見,用這種新方法計算的沉降量(38.76mm)與實測結果較接近,而用壓縮模量按規范的分層總和法計算的基礎中心點沉降為151.1mm,與實測沉降量比較則明顯偏大很多,說明新方法是符合實際的。地基沉降計算的準確與否關鍵是在于獲取原狀土體的變形與強度參數。目前,雖然土體的本構理論已取得很大進步,但是仍無法較好解決原狀土參數的獲